ÁREA: Química Analítica
TÍTULO: MÉTODO DE OTIMIZAÇÃO DE UM SISTEMA UTILIZANDO UMA SOLUÇÃO SALINA CONTAMINADA POR HPAS
AUTORES: SANTOS, A. S. (UFRN) ; DA SILVA, P. M. F. (UFRN) ; MELO, J. V. (UFRN) ; BARBOSA A. F. F. (UFRN) ; LIRA, D. C. (UFRN)
RESUMO: Os HPAs devido ao grande número de anéis condensados e ligações conjugadas apresentam características fluorescentes. A química analítica junto com a estatística vem pesquisando métodos para solubização de HPAs em soluções aquosas a fim de quantificá-los utilizando como resposta a área obtida através da integral de um espectro de fluorescência. O planejamento fatorial completo foi utilizado com dois níveis e três fatores (salinidade, pH e volume de óleo). O método consiste na solubilização do óleo diesel em uma solução salina com pH controlado estando sob agitação constante e temperatura de 40ºC por 30 min. Esta solução óleo/água foi extraída posteriormente com hexano. A otimização do sistema se fez através da fluorescência dos HPAs, onde o primeiro ensaio apresentou melhor resultado.
PALAVRAS CHAVES: hpas. fluorescência. planejamento fatorial.
INTRODUÇÃO: As águas produzidas oriundas dos campos de petróleo possuem geralmente alta salinidade, partículas de óleo em supensão, produtos químicos adicionados nos diversos processos de produção, metais pesados e até mesmo alguma radioatividade. Na formação do reservatório, água e óleo permanecem em contato por longos períodos geológicos, propiciando solubilidade do óleo (SILVA, 2000). A mistura de óleo e água (água oleosa) pode ocorrer nos estágios de extração, transporte e refino, bem como durante a utilização do óleo e de seus derivados (ROSA, 2003). O petróleo é constituído basicamente por hidrocarbonetos, tendo em sua composição de 20 a 54% de hidrocarbonetos aromáticos (CUNHA et al., 2005). Os hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPAs) são formados em processos de combustão incompleta de matéria orgânica (XAVIER et al., 2005), originados por atividades humanas ou naturais (BETTIN et al., 2005). Até o início do século passado havia um equilíbrio entre a produção e a degradação natural de HPAs, sendo a sua concentração baixa e constante. Com o desenvolvimento industrial, esse balanço natural foi perturbado e a razão entre a produção e a degradação destes hidrocarbonetos tem aumentado consideravelmente (BETTIN et al., 2005). A espectroscopia de fluorescência é amplamente usada na análise destes compostos por apresentarem caracteristicas fluorescentes devido à sua estrutura eletrônica (NETTO et al., 1987), garantindo simplicidade e rapidez na análise (QUEIROS et al., 2006). Este trabalho tem como principal objetivo é otimizar o sistema verificando em que condições os HPAs melhor se solubilizam em uma determinada solução aquosa, onde posteriormente serão verificados estudos quantitativos para a descontaminação desses óleos solúveis utilizando um agente hidrofóbico.
MATERIAL E MÉTODOS: Preparou-se quatro diferentes tipos de solução salina: duas ácidas e duas básicas (25,0 g/L – pH ~ 3; 50,0 g/L - pH ~ 3; 25,0 g/L – pH ~ 10; 50 g/L – pH ~ 10). Para o pH ácido e básico utilizou-se 1mL de ácido acético e 1mL de hidróxido de amônio para o pH ~ 3 e pH ~ 10, respectivamente. Para o planejamento fatorial foram utilizados dois níveis (+) e (-) e três fatores (X1, X2 e X3) tendo 8 experimentos com repetições totalizando 16 ensaios. Onde X1, X2 e X3 correspondem, respectivamente, a concentração do sal (g/L), o pH e o volume de óleo diesel adicionado à solução (mL). O banho temostato foi utilizado para solubilizar o óleo na solução aquosa. Em que 50,0 mL da solução salina foi adicionado a um recipiente onde se manteve a temperatura constante. A esta solução injetou-se óleo diesel comercial, mantendo-se a mistura sob temperatura e agitação constante por 30 min. A fase aquosa foi separada da fase oleosa por um funil de separação, onde retirou-se 40 mL da solução óleo/água. Em um funil de separação foram adicionados 20 mL de hexano à solução oleosa, obedecendo a seguinte razão: hexano/água oleosa (1:2). Para a etapa de extração aguardou-se 30 min. Após a extração, as soluções contendo hexano + HPAs foram mantidas sob refrigeração para análise de fluorescência. As análises de fluorescência foram realizadas utilizando um espectrofluorímetro Shimadzu com comprimento de onda de excitação fixado em 282 nm varrendo em um intervalo de 300 a 450 nm, tendo como fonte de radiação uma lâmpada de xenônio. Como branco, utilizou-se o próprio hexano.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: O planejamento fatorial foi realizado com o intuito de encontrar a melhor condição para a dissolução do óleo na água. Os fatores usados foram a salinidade, o pH do meio e o volume de óleo. Os valores das respostas foram determinados a partir da integração do espectro de fluorescência no intervalo de 300 a 450 nm (figura 1). Numa matriz completa para um planejamento fatorial 23 obteve-se três efeitos principais e quatro de interação. A figura 2 mostra o espectro de fluorescência para os oito ensaios em que se levou em consideração o volume adicionado de óleo como fator preponderante. Todos os ensaios foram feitos em duplicata, onde o nível de confiabilidade do sistema está em torno de 6001,8. Desta forma, as interações X12 e X123 por se encontrarem abaixo do valor de referência foram considerados insignificantes, sendo descartados. Todos os efeitos principais apresentam importância (X1, X2 e X3), porém possuem valores negativos. Como todos os experimentos foram realizados na temperatura de 40oC e acredita-se que este pode ter sido um fator fundamental para tais observações. A uma temperatura elevada é possível que o coeficiente de partição dos HPAs seja alterado no sentido de diminuir a solubilidade do óleo na água, uma vez que, em trabalhos anteriores (DA SILVA, 2006), observou-se que a salinidade apresentou um efeito positivo. Entretanto, esperava-se que o aumento do volume de óleo na solução provocasse um aumento da concentração dos HPAs no meio aquoso e observou-se uma diminuição. Este comportamento reforça a idéia de alteração do coeficiente de partição, uma vez que um aumento no volume de óleo significa que o óleo pode atuar como um segundo solvente, agora em quantidade maior, portanto aumentando sua capacidade na retenção dos HPAs.
CONCLUSÕES: Através da análise dos resultados conclui-se que a solução preparada 40 ºC mostrou que o coeficiente de partição do sistema óleo-água é deslocado no sentido de diminuir a solubilidade dos HPAs na fase aquosa. Nessas condições os fatores salinidade, pH e volume de óleo apresentaram efeitos negativos, ou seja a condição de maior solubilidade dos HPAs em meio aquoso foi obtida quando os três fatores se encontravam nos seus respectivos níveis inferiores (ensaio 1: 25g/L, pH 3, 1 mL).
AGRADECIMENTOS:
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: BETTIN, S. M.; FRANCO, D. W. Hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPAs) em aguardentes. Ciênc. Tecnol. Aliment., v. 25, n. 2, p. 234-238, abr.jun. 2005.
CUNHA, G. M. A. et al. Tratamento de águs produzidas em campos de petróleo: Estudos de caso da estação de Guamaré/RN. VI Congresso Brasileiro de Engenharia Química em Iniciação Científica – VI COBEQ. 2005.
DA SILVA, P. M. F. Efeitos de alguns fatores que influenciam na dinâmica de contaminação de águas por hpas oriundos de fontes petrogênicas. 2006. Monografia. Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2006.
NETTO, J. M. De A. et al. Técnica de abastecimento e tratamento de água; v.1: Abastecimento de água; 2 ed ver; CETESB/ASCETESB; São Paulo: 1987.
QUEIROS, Yure G. C. et al. Materiais poliméricos para Tratamento de Água Oleosa: Utilização, Saturação e Regeneração. Polímeros: Ciência e Tecnologia, n. 3, p. 224-229, mar. 2006.
ROSA, Jailton Joaquim da. Desenvolvimento de um novo processo de tratamento de águs oleosas – Processo FF. XIX Prêmio Jovem Cientista. Água – Fonte de vida. 2003.
SILVA, Carlos Remi Rocha. Água produzida na extração de petróleo. 2000. Monografia (Curso de especialização em gerenciamento e tecnologias ambientais na indústria) – Escola Politécnica, 2000.
XAVIER, Laura Furquim Werneck et al. Fotodegradação de Hidrocarbonetos Policíclicos Aromáticos em Placas de Sílica Impregnadas com Dióxido de Titânio. Quím. Nova, n. 3, p. 409-413, out. 2005.
